浅析工厂无功补偿方式优化策略

　　摘要：本文针对大型工厂企业在应用无功补偿设备中存在的主要问题进行了分析，并指出问题存在的原因和优化的必要性，列举了具体数据和实例，最终给出了工厂企业应用低压无功补偿设备的优化方案和策略，文章为大型工厂企业无功补偿装置提供了改进的思路。
　　关键词：无助补偿；优化；策略
　　1．引言
　　工厂企业（特别是一些电耗大户）内部低压输、配、用电系统网络，存在大量电感性负载，需要供给量的感性无功功率，造成功率因数下降，输电电流增加，线路、电器设备等有功损耗急剧增加，压降增大。要减轻或消除上述现象，需要优化无功补偿方式，建议改革单一的配电室低压集中补偿（以下简称集中补偿）方式，采用无功就地（末端）补偿为主，车间（或站房）补偿为辅，做到全厂无功分级相结合的无功补偿方式。
　　2．目前补偿措施的不足
　　集中补偿和分散（就地）补偿是相对而言的，对于工厂企业来说，低压配电室补偿为集中,但对电网来讲就是分散了。集中补偿有以下优点：
　　⑴便于集中管理，能实现人工或自动投切电容器；⑵利用率也较高；⑶能减少电网及用户配变的无功负荷和电能损耗；⑷提高供电电压质量等。
　　表1有功功率为1个单位时无功功率用量变化所引起的输入功率和功率因数变化值
　　项目 变化值
　　无功功率 0 0.3287 0.4843 0.6197 0.75 0.8819 1.0202 1.1691 1.3333 1.5185 1.7321
　　输入功率 1 1.0526 1.1111 1.1765 1.25 1.3333 1.4286 1.5385 1.6667 1.8182 2.000
　　功率因数 1 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50
　　但单一的集中补偿也有其不足之处。
　　其一，其最大的缺陷是不能减少电力用户内整个低压网络系统中的无功功率和电能损耗，大量的无功功率仍以电容电场和电感磁场能形式在低压网络系统中相互交换着，加大了线路损耗。据以往电平衡测试经验得到的数据，一般呈电感性负载的工厂企业其自然功率因数大致在0.75上下，有功功率和无功的比例为1：0.88。如表一示。即使投运的集中补偿所反映的平均功率因数很高，达到0.95上下，但对低压网络系统却无济于事。
　　如图1，集中补偿只在配电变压器B端输出M点前减少了靠电容电源C补给的这部分无功功率QC。输出端M点前配电变和电网受益，而输出端M点后的整个0.4KV低压网络系统中，仍存在着补偿电容C的电场能和电感负载M的磁场能之间的无功功率相互交换，P1至P5各条线路运行电流并不减小，线损也就不能降低。据了解，现大多企业都采用这种补偿方式。
　　
　　可想而知，由千万家工厂企业汇合而成的庞大低压网络系统内电能损耗程度何等之大。若采用就地（末端）补偿为主的方式，根据无功经济当量公式△Pq=Kq*Qc可知，对同样无功补偿容量Qc，离电源越远，所减少的有功损耗量△Pq也就越大。因为在同一个低压网络系统，远离电源某点的无功经济当量kq要大于靠近电源某点的无功经济当量kq。一般来说，一次变用户车间电动机等负载端n点无功经济当量要大于配电变压器输出端m点无功经济当量0.04~0.06kW/Kvar，如按年运行8000h计算，每千瓦无功就地补偿容量每年节电在320~480kw/h计算，而且直到发电厂都将受到进一步的补偿效益，这就是就地补偿比集中补偿更大优越所在。《节能法》明确规定，要减少能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。
　　其二，单一集中补偿不利于我国“评价企业合理利用电技术导则”和GB-12497《三相异步电动机经济运行》的贯彻实施。“导测”中规定：要降低企业受电端至用电端设备的线损。而GB-12497《三相异步电动机经济运行》标准规定，对非经济运行的电动机要实施节电改造，一是减少电动机杂散耗、机戒耗、铜耗和铁耗，但都要对电动机动手术，操作复杂；二是对电动机实施无功就地（末端）补偿，促使电动机综合功率耗得到减小，从而使电动机进入经济运行状态或允许运行状态。此项措施简便易行，经济合理。
　　其三，单一集中补偿不利于工厂企业电气系统正常安全运行。由于不能减小工厂企业内低压网络系统中的无功功率和运行电流，致使变压器满载或超载，甚至“烧毁”，一些线路因负荷电流过大而引起跳闸等等，造成这些事故隐患都与不能减小无功功率有关。
　　其四，单一集中补偿不利于降低新上工程项目的初始投资和常年生产运行成本。而采用了就地补偿，变压器配备容量相对于集中补偿可减小30%左右，增容费等一系列电气设备材料购置费都随着运行电流减小而得到节省。
　　其五，单一集中补偿经济运行角度来讲不能保证工厂企业功率因数处于最佳状态。大多工厂企业功率因数是随着有功负荷变化而变化着，往往是重负荷时欠补偿，轻负荷时过补偿。而无功就地补偿能实现与电动机并联同时投退、开停，能在较大程度上避免此类现象发生。
　　鉴于单一的集中补偿存在着较多弊端，为此，国家、省市（地）有关部门都发文提出要大力推广应用无功就地补偿节电（装置）技术。
　　3 无功补偿方式优化的设想
　　从单一集中补偿改革到以就地补偿为主（先），车间（或站房）补偿为辅（次），最后配电房集中弥补平衡全厂无功的分级相结合。这种补偿方式必须在当地节能部门领导下落实专门负责人员，制定工作计划和激励政策，树立示范项目，分别就是对新老企业采取不同对策，新企业抓源头，老企业抓改造。分批就是先在重点用能单位或电耗大户中开展，以点带面逐步推行。
　　3.1从源头抓起
　　可从两个方面着手：①负责人员要把住新上工程项目关口，督促指导落实大中型电动机等负载的就地补偿的配套实施工作；②建议国家有关部门组织机电方面科研设计人员探讨风机，空压机、制冷机、水泵“三机一泵”是否可在生产制造同时对配套电动机实施无功就地补偿。“三机一泵”为通用设备，量大面广，用电量大，实施无功就地补偿有利于电动机经济运行。笔者认为这些负载运行工况大体都比较稳定，即使有变工况运行。据资料介绍，现场运行实测计算，按小于电动机空载电流得到补偿容量在任意负载率工况下，cosφ都在0.9以上，并不会发生过补偿和自激过电压现象。建议在设计制造动力柜或动力箱此类设备时应留有安装就地补偿装置的空间与地方。
　　3.2改造，立示范
　　可在重点用能单位或电耗大户中逐步推行。具体步骤设想如下：①通过测试摸清改造企业（或示范项目）各条线路及线路上的大中型电动机的功率因数和无功用量情况；②依据节电效益回收计算情况，对收效显著，回收期快的电动机和线路可以先实施。③电动机就地补偿到单台功率为多大？分级补偿采用就地（末端）集中相结合的二级补偿呢？还是就地（末端）车间，集中相结合的三级补偿呢？都要根据各工厂企业实际具体情况灵活掌握而定。但有一点可以肯定，凡是具备就地补偿条件的电动机，尽可能就地取得无功功率平衡。④也可在用电设备集中的，功率因数较低的车间动力配电屏旁设置车间无功补偿，但要落实管理好电容器投退工作。例如服装厂除了对中央空调制冷机电动机实施就地补偿外，对于缝制车间，由于小电机和日光灯很多，搞车间补偿就比较科学。⑤要一边实施，一边不断观察配电房功率因数变化，随时调整好配电房集中补偿容量，使其保持在0。95（滞后状态）。⑥建议按电动机空载电流计算决定电动机无功就地补偿容量选择。
　　3.3采取激励政策实行无功就地补偿节电奖励
　　建议有关部门继续采取节能奖励政策，以鼓励节能。要借鉴一些发达工业国家在实施“电力需求侧管理”时把节电量和削减峰荷电力一并纳入在电力配置供应计划中，可形成节能紧迫感，同时实施激励政策，鼓励用户节能。
　　4总结
　　无功补偿设备可以有效的降低企业用电成本主，所以对于一个工厂企业来讲无功补偿应用的好坏直接影响到一个企业的生产成本，本文提出了几点对无功补偿设备的优化方案，为未来各生产企业无功补偿设备的应用提供了优化思路。

《浅析工厂无功补偿方式优化策略》

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